Materiales De La Ingeneria

Ciencia de Materiales, 4º curso, 2004/2005

Tema 1. Introducción a la Ciencia de Materiales
1.1. Materiales metálicos, poliméricos, cerámicos y compuestos. 1.2. Tipos de enlace. 1.3. Estructura cristalina. Microestructura y textura. 1.4. Ensayos mecánicos.

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Materiales metálicos, poliméricos, cerámicos y compuestos. Dentro de la

Ingeniería de Materiales se pueden distinguir cincograndes grupos de compuestos muy útiles y que se producen en enormes cantidades: Metales, polímeros, cerámicas, vidrios y materiales compuestos. Esta clasificación de materiales es un tanto arbitraria pero se basa principalmente en el tipo de enlace predominante en el compuesto en cuestión como se verá más en el apartado próximo. Así, los materiales cerámicos son principalmente iónicos, losmateriales poliméricos tienen enlaces covalentes dentro de las macromoléculas o polímeros y en los materiales metálicos el enlace es metálico. Los vidrios son materiales iono-covalentes pero amorfos, es decir, no presentar orden de sus constituyentes (átomos e iones) a larga distancia. Como ejemplos de materiales vítreos derivados de la sílice son las ventanas, pantallas de ordenador y TV, etc. Tambiénhay otros tipos. Materiales compuestos son aquellos que contienen dos tipos de materiales diferentes, generalmente una parte covalente y otra iónica. Por ejemplo podemos destacar materiales compuestos formados por una parte cerámica (generalmente óxidos) con uniones covalentes a un polímero o radical orgánico. Se suelen utilizar mucho en la industria electrónica como recubrimiento de materialessensibles por una capa orgánica hidrofóbica que impide el ataque.

Figura 1.1. Ejemplo de algunos materiales empleados en el cuerpo humano

En la figura 1.1 se detallan los diferentes tipos de materiales que se emplean en el cuerpo humano. Por ejemplo se emplean cerámicas como el óxido de circonio y el óxido de aluminio en la cabeza de las prótesis por su resistencia. El hidroxiapatito y elfosfato tricálcico se emplean en recubrimientos debido a su bio-compatibilidad con buenas propiedades de reabsorción orgánica. Los metales y aleaciones (combinaciones de metales con otros elementos, metálicos o no metálicos
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pero donde se mantienen las propiedades metálicas del elemento estructural) como aceros inoxidables, aleaciones de cobalto,cromo, molibdeno, tántalo y titanio, se emplean principalmente como elementos ortopédicos en sustituciones óseas debidos a sus buenas prestaciones mecánicas de resistencia y su baja reactividad química frente a los fluidos orgánicos. Los polímeros artificiales y los materiales poliméricos de origen natural (quitina, celulosa, colágeno) se utilizan en suturas, tubos, implantes estéticos, válvulascardiacas, piel artificial, etc. Dos ejemplos médicos dónde se pueden observar los tres tipos de materiales son en las prótesis de caderas o en una reconstrucción profunda de una muela. Las prótesis de cadera contienen una cabeza del material cerámico (que sufre menos desgaste por rozamiento debido a su extremada resistencia al desgaste por fricción), un clavo metálico (generalmente una aleación detitanio) con la que se sujeta al hueso y materiales poliméricos para la unión de ambos. En el otro ejemplo (reconstrucción profunda de una muela) después de la eliminación del nervio, y si la corona está muy dañada hay que colocar una funda de porcelana. Para ello, se procede a la limpieza profunda del hueco interior de la muela y colocación de un pequeño clavo de titanio que ayude a la sujeción de lafunda. Una vez colocado se fija con un material compuesto basado en una pasta que bajo la acción de la luz ultravioleta polimeriza para hacer de cemento, quedando el clavo fijo en el interior. Una vez tomadas las medida y construida la funda de porcelana (material cerámico basado en silicatos de aluminio calentados a muy alta temperatura y extremadamente resistente) se fija al clavo de titanio...